Все-симки.ру Начало 5g-эры
Четвертому поколению сетей уже порядка десяти лет, а сменяются они как раз примерно раз в декаду. О преемнике в виде 5G говорят уже давно, и кажется, что обещанное будущее все никак не наступит. На самом же деле процесс давно запущен, и он занимал годы в случае и с прошлыми переходами на новое поколение:
Сеть пятого поколения иногда называют чуть ли не более важной для enterprise-решений, а быстрая загрузка видео в 4K/8K и какой-нибудь онлайн-стриминг — просто приятный бонус от прогресса для рядовых пользователей. Пробные тесты 5G воодушевляют: мы лично видели скорости на уровне пары сотен мегабит в секунду — и это был запуск с обычного смартфона, который поддерживает 5G-сеть.
Теоретический максимум совсем уж космический — 10—20 Гбит/с. Сети пятого поколения уже частично либо полностью развернуты в ряде стран: США, Южной Корее, Швейцарии, Австралии, Китае, Великобритании. Другие страны, включая Беларусь, тоже подтягиваются.
3g и трансформация телефонов
Он сделал возможным то, чем мы все занимаемся на смартфоне каждый день: смотрим видео, листаем соцсети, общаемся в мессенджерах, делимся фотографиями и, конечно, мемами. К сетям третьего поколения относятся, к примеру, UMTS (которая, по сути, пришла на смену GSM) и CDMA2000.
Быстрый мобильный интернет определил направление развития и сам облик телефонов почти на десятилетие — по сути, вплоть до премьеры iPhone в 2007 году. Расцвет коммуникаторов пришелся именно на тот период, равно как и первые более-менее нормальные смартфоны — те, что позволяли относительно быстро работать с почтой, браузером, передавать изображения и файлы.
Изначальной топ-скорости соединения на уровне 14,4 Мбит/с вскоре перестало хватать. Объем контента рос — пользователям требовались видеозвонки по Skype, передача «тяжелых» фотографий (камеры в смартфонах прогрессировали молниеносными темпами), быстрая загрузка увесистых веб-страниц с обилием изображений.
Да и сами мобильные версии сайтов в более-менее сносном виде появились как раз в эпоху 3G. Сценарий работы со смартфоном радикально изменился: вся коммуникация, личная и рабочая, переместилась в появившиеся к концу первого десятилетия XXI века смартфоны. Соответственно, сильно возрос объем потребляемого трафика.
В общем, нужно было что-то делать со скоростью. Так к сетям третьего поколения прикрутили технологию HSPA (High Speed Packet Access), которая нужна была исключительно для повышения скорости передачи данных — вплоть до 14,4 Мбит/с. И это в 2007 году! Тогда далеко не у всех стационарный интернет мог выдавать такие показатели.
Более того, чуть позднее представили HSPA с теоретическими 42 Мбит/с. Правда, это «лабораторные» показатели, в реальности такие цифры увидеть невозможно. Постепенно скоростей 3G тоже перестало хватать, и эту проблему предстояло решить четвертому поколению сетей.
Lte cat.0, lte cat.1
Одно из основных требований к устройству М2М/IoT — низкое энергопотребление. Для реализации этого требования в стандарт LTE были включены требования к абонентским устройствам Cat.0, Cat.1 и LTE NB (Narrow Band).
Теоретически устройства IoT смогут работать в сетях LTE с поддержкой Cat.1 не менее 10 лет от одной батареи. Многие IoT-устройства будут работать без внешней подачи энергии, то есть продолжительность их функционирования станет определяться именно показателями энергопотребления, массовая замена батареек не предусматривается.
Экономию энергии обеспечивает поддержка функционала Power Saving Mode. Устройство с таким функционалом находится, в основном, в спящем режиме и включается только тогда, когда это необходимо. Как ожидается, поддержка Power Saving Mode на стороне сетевого оборудования LTE будет стандартизована в 2022 г.
В ноябре 2022 г. фирма Ericsson показала работу устройства Cat.1 на базе чипсета Altair FourGee-1160 на сети AT&T с использованием релиза 16A. Это очень перспективное направление, особенно учитывая то, что сети LTE возьмут на себя функции работы с многочисленными устройствами M2M, которые сейчас в большинстве своем работают через сети GSM.
Lte-a (lte advanced)
Под LTE Advanced (LTE-A) на сегодня принято понимать набор технологий, стандартизованных в документе 3GPP Rel.10 и последующих релизах. Ключевые функции — агрегация частот (CA), усовершенствованные техники работы с антеннами, доработанные MIMO для увеличения емкости и релейной передачи.
Улучшения также включают оптимизацию работы гетерогенных сетей (на предмет наращивания емкости и улучшения управления интерференцией), SRVCC, eMBMS. В Rel.11 появилась также поддержка CoMP, eICIC. LTE-A на сегодня — основной тренд отрасли, практически каждый третий оператор сети LTE в мире инвестирует в испытания или занимается развертыванием поддержки данной технологии.
LTE-A, как ожидается, поможет справиться с активным ростом трафика беспроводных данных, а также будет способствовать повышению средних скоростей в беспроводных сотовых сетях. Это означает также лучшее покрытие, бОльшую стабильность и быстроту сетей. Это означает комплексное улучшение параметров сети передачи данных, а не только увеличение скорости скачивания данных.
LTE-A обеспечит для операторов возможность нарастить емкость их сетей, улучшить качество пользовательского опыта, улучшить возможности распределения сетевых ресурсов. Для этого используется целый набор различных технологий, некоторые из которых не являются новыми, но ранее не использовались в единой системе связи.
Ожидается, что LTE-A позволит передавать данные с пиковыми скоростями до 1 Гбит/с по сравнению с 300 Мбит/с для LTE. Агрегация частот обеспечивает возможность предоставлять абонентам более высокие скорости, позволяя загружать данные с использованием одновременно нескольких полос частот.
Абонентское устройство в режиме CA принимает и комбинирует одновременно несколько сигналов, например из двух несущих частот или даже из разных диапазонов частот. Комбинировать можно до пяти несущих шириной по 20 МГц каждая, собирая широкий канал для перекачки данных с полосой до 100 МГц.
MIMO, как технология множественного ввода/вывода, может увеличивать суммарную скорость передачи данных за счет одновременной передачи сигнала с разделением потока данных между двумя или большим числом антенн. Это позволяет повысить спектральную эффективность передачи информации.
Relay Nodes — способ быстро нарастить покрытие сети в местности, где нет мощных каналов передачи цифровых данных. В этом случае радиоподсистема LTE-A сама выполняет функцию беспроводной опорной сети. Это также возможность размещать маломощные БС на краях соты, чтобы улучшить там покрытие и емкость.
M2m и iot — в чем разница?
Все прогнозы о «взрывном» росте количества M2M-подключений основываются на новой концепции M2M — «Интернете вещей» (Internet of Things, IoT), являющейся частью более общей концепции «Интернета сервисов» (Internet of Services, IoS). Понятие «M2M-устройство» охватывает как традиционные проприетарные средства телеметрии и телеуправления (к которым можно отнести подавляющее большинство используемых сейчас устройств M2M, включая сетезависимые беспроводные), так и независимые от сетей и приложений устройства IoT.
А устройства «Интернета вещей» — это только устройства, имеющие возможность через свободное IP-подключение (на физическом уровне, как правило, Wi-Fi) взаимодействовать с различными системами телеметрии и телеуправления, реализованными как облачные и/или онлайн-сервисы. То есть «Интернет вещей» — это облачные телеметрия и телеуправление.
Облачные системы способны обеспечить сколь угодно детализированное оптимизационное управление сколь угодно широкой номенклатурой объектов управления, причем не только объектами в целом («умный дом», «умный автомобиль» и т. п.) и их системами (энергоснабжения, освещения, кондиционирования и т. д.), но и отдельными элементами этих систем, вплоть до отдельной лампочки в системе освещения.
Эта особенность является причиной большого разброса в прогнозных оценках количества таких устройств: количество «умных лампочек» и других компонентов управляемых объектов действительно может достигать десятков и сотен миллиардов (в некоторых прогнозах — триллионов).
Nb-lte
NB-LTE — узкополосный (Narrow Band) LTE для IoT-приложений — еще одно подмножество стандарта LTE, которое планируется закрепить в 3GPP LTE Rel.13 в начале 2022 г. NB-LTE предназначен для разнообразных IoT-применений, которые отличает низкое потребление трафика.
NB-LTE, как ожидается, будут отличать еще более скромные потребности по части ресурсов, нежели LTE Cat.1, Cat.0 и LTE MTC. Ожидаемая спецификация: 180 кГц — полоса частот для UL и DL (для LTE MTC — 1 МГц), в DL используется 15 кГц частот и модуляция OFDMA, 3,75 кГц — защитный интервал, в UL задействован FDMA или GMSK, как опция может быть SC-FDMA.
Ожидается улучшенное покрытие в помещениях, возможность обслужить множество устройств с низким потреблением трафика, особенно таких, которые не слишком чувствительны к задержкам. Узкополосность позволяет изготавливать недорогие чипсеты и устройства с очень низким энергопотреблением, что должно обеспечить длительную работу устройств от батарей питания (типа большого серебряно-цинкового элемента или щелочного элемента AAA), вплоть до года или более.
Стандарт можно будет внедрить на обычных сетях LTE за счет выделения нескольких ресурсных блоков или за счет использования блоков в защитном диапазоне LTE. В принципе возможно и изолированное развертывание сети NB-LTE в выделенном для этого участке спектра.
Стандарту прочат широкое использование, так как, в отличие от различных аналогов, он поддерживается 3GPP. Есть, правда, опасение, что к моменту выхода конечной версии Rel.13 с NB-LTE не успеют, тогда он будет стандартизован в Rel.14. А вот LTE MTC войдет в Rel.
Возможность применения различных технологий передачи данных в сотовой системе связи типа gsm применительно к м2м
Для М2М/IoT, как уже упоминалось ранее (рисунок 2), характерны небольшие объёмы данных, отсутствие требований к высокой скорости передачи, требование низкой латентности канала, высокой энергоэффективности (наличие режима «сна»). Из нетехнических требований желательны минимальная стоимость трафика, высокая доступность сети связи. В таблице 3 приведено сравнение типов связи по нескольким параметрам применительно к потребностям М2М.
Т а б л и ц а 3 . Сравнение параметров типов связи
Тип связи | Доступность | Стоимость трафика | Энергоэффективность (допустим режим «сон») | Скорость, латентность | Суммарный рейтинг |
CSD | 2 (везде, где есть сотовая связь) | 0 (аналогично голосовому тарифу) | 0 | 0 | 2 |
GPRSEDGE | 2 | 1 | 0 | 0 | 3 |
3G (UMTS) | 1 (Не везде, даже в Москве и области) | 1 | 1 | 2 | 5 |
LTE (LTE cat0, cat1, NB) | 0 (Есть в некоторых местах страны) | 2 | 2 | 2 | 6 |
В последней колонке таблицы приведен суммарный рейтинг по каждому типу связи. Как можно видеть, наилучшим типом связи для систем М2М является LTE с его подмножествами Cat.0, Cat.1 и NB, специально предназначенными для дешевой энергоэффективной передачи небольших объёмов данных.
По данным операторов, на 2 марта 2022 г. сетями LTE (4G) охвачено более 50% населения в 83 регионах России. В среднем, в каждом регионе действует от двух до трёх операторов LTE — то есть конкуренция существует, что позволяет надеяться на дальнейший рост качества услуги (охват, тарифы, опции).
Время скоростей
4G сделал упор не столько на голосовую связь, сколько на наращивание скорости при передаче данных. Телеком-компании и производители устройств прекрасно понимали, что она должна быть максимально высокой. К релизу коммерческих 4G-сетей смартфон окончательно превратился в одну из самых ценных, важных и личных вещей для сотен миллионов человек: мобильный трафик обгонял стационарный, телефон без постоянного доступа в интернет был обречен на провал, а соцсети, мессенджеры и почта с большими вложениями легко пожирали гигабайты в день.
Сеть четвертого поколения часто встречается в связке с аббревиатурой LTE (Long-Term Evolution). Сам по себе LTE — один из стандартов сетей четвертого поколения, который можно считать самым распространенным. Еще, к примеру, есть WiMAX, название к которому прилипло после одноименного форума, где и был представлен формат.
Важный нюанс, который принесла сеть LTE, — это VoLTE. Особенность технологии — звонки совершаются в виде передачи пакета данных. Среди преимуществ такого решения — улучшенное качество звонка, голос слышен четче и лучше, время установки соединения меньше.
Правда, новшество есть не во всех LTE-сетях. LTE пришел на смену UMTS и обеспечивает скорость вплоть до 1 Гбит/с в «лабораторных» условиях. На практике скорость пусть и ощутимо ниже, но все же заметно быстрее 3G. Как обычно, в Беларуси LTE появился с «лагом» — под самый конец 2022 года.
Для голосовой связи и интернета
Репитер RF-Link, Антенна 3-5 дБ, Внешняя антенна 11 дБ, Кабель 10м, Кабель 5м, Кронштейн.
Репитер RF-Link, Антенна 3-5 дБ, Внешняя антенна 11 дБ, Кабель 10м, Кабель 5м, Переходник, Кронштейн.
Репитер x 1, Внешняя антенна x 1, Внутренняя антенна x 1, Кабель 10м x 1, Кабель 5м x 1, Переходник x 2, Кронштейн x 1
Репитер RF-Link, Внутренняя антенна, Внешняя антенна, Кабель, Разъёмы
Репитер RF-Link, Внутренняя антенна, Внешняя антенна, Кабель, Разъёмы
Репитер, Линейный усилитель RF-Link,Внутренние антенны x 2, Внешняя антенна, Кабель, Разъёмы, Делитель мощности, Грозоразрядник
История сотовой связи
Эволюция систем сотовой связи включает в себя несколько поколений 1G, 2G, 3G и 4G. Ведутся работы в области создания сетей мобильной связи нового пятого поколения (5G). Стандарты различных поколений, в свою очередь, подразделяются на аналоговые (1G) и цифровые системы связи (остальные).
Связь всегда имела большое значение для человечества. Когда встречаются два человека, для общения им достаточно голоса, но при увеличении расстояния между ними возникает потребность в специальных инструментах. Когда в 1876 году Александр Грэхем Белл изобрел телефон, был сделан значительный шаг, позволивший общаться двум людям, однако для этого им необходимо было находиться рядом со стационарно установленным телефонным аппаратом!
Более ста лет проводные линии были единственной возможностью организации телефонной связи для большинства людей. Системы радиосвязи, не зависящие от проводов для организации доступа к сети, были разработаны для специальных целей (например, армия, полиция, морской флот и замкнутые сети автомобильной радиосвязи), и, в конце концов, появились системы, позволившие людям общаться по телефону, используя радиосвязь.
Новая революция: передача данных
Связь второго поколения (2G) принесла в 1991 году три ключевых нововведения. Во-первых, радиосигналы перешли с аналогового формата на цифровой. Во-вторых, появилось шифрование каналов связи. В-третьих, была реализована передача данных, пусть и в достаточно сыром виде.
«Во-вторых» и «в-третьих» стали возможны благодаря «во-первых» — использованию «цифры». Также в этом поколении появилось одно из важнейших нововведений за всю историю мобильной связи — GPRS. Именно это стало отправной точкой для переосмысления самого использования телефонов: раньше они были просто беспроводными трубками для звонков, а теперь — источниками для передачи и получения данных. Пусть и в сильно зачаточном виде.
Но сперва мобильники получили SMS. Правда, поначалу телефоны могли только принимать сообщения, а не отправлять их — высылать нужно было с компьютера. Первое в мире SMS отправил британский инженер Нил Папуорт 3 декабря 1992 года. Оно состояло всего из двух слов («Merry Christmas») и предназначалось Ричарду Ярвису, другому сотруднику оператора Vodafone. В первое время SMS поддерживал только европейский стандарт связи GSM.
Следом за SMS логично было развивать передачу данных. Принцип технологии CSD напоминал выход в интернет по dial-up: нужно было «открыть линию» и установить соединение. Революционность пришедшего ей на смену GPRS в том, что появилась отправка данных пакетами, то есть установка отдельного соединения уже не требовалась.
Это позволило ввести тарификацию по объему использованного трафика: сколько данных передали либо получили, за столько и заплатите. Пересылка данных происходила через те же каналы, что нужны для голосовых вызовов. Скорость была в районе 30—40 Кбит/с, хотя в теории могла превышать 100 Кбит/с.
Вектор дальнейшего развития сетей уже стал очевиден: нужно наращивать возможности и скорости передачи данных. В Беларусь GSM пришел 16 апреля 1999 года — в этот день тогда еще velcom (причем белорусско-кипрский, не австрийский) запустил сеть в коммерческую эксплуатацию. Спустя четыре года, в 2003-м, заработал GPRS.
Однако между 2,5G и 3G успела вклиниться еще одна важная технология — EDGE, которую иногда называют 2,75G. По сути, это более шустрый GPRS, который впервые представили в 2003 году. Реальная скорость достигала порядка 240 Кбит/с. Но EDGE был промежуточным решением, требовался весомый прыжок в скорости передачи данных, которая получала все бо́льшую важность. Так в 2001 году появился тот самый 3G.
Полосы частот 5g
| Band | Uplink | Downlink | Duplex |
| n1 | 1920 – 1980 MHz | 2110 – 2170 MHz | FDD |
| n2 | 1850 – 1910 MHz | 1930 – 1990 MHz | FDD |
| n3 | 1710 – 1785 MHz | 1805 – 1880 MHz | FDD |
| n5 | 824 – 849 MHz | 869 – 894 MHz | FDD |
| n7 | 2500 – 2570 MHz | 2620 – 2690 MHz | FDD |
| n8 | 880 – 915 MHz | 925 – 960 MHz | FDD |
| n20 | 832 – 862 MHz | 791 – 821 MHz | FDD |
| n28 | 703 – 748 MHz | 758 – 803 MHz | FDD |
| n38 | 2570 – 2620 MHz | 2570 – 2620 MHz | TDD |
| n41 | 2496 – 2690 MHz | 2496 – 2690 MHz | TDD |
| n50 | 1432 – 1517 MHz | 1432 – 1517 MHz | TDD |
| n51 | 1427 – 1432 MHz | 1427 – 1432 MHz | TDD |
| n66 | 1710 – 1780 MHz | 2110 – 2200 MHz | FDD |
| n70 | 1695 – 1710 MHz | 1995 – 2020 MHz | FDD |
| n71 | 663 – 698 MHz | 617 – 652 MHz | FDD |
| n74 | 1427 – 1470 MHz | 1475 – 1518 MHz | FDD |
| n75 | N/A | 1432 – 1517 MHz | SDL |
| n76 | N/A | 1427 – 1432 MHz | SDL |
| n77 | 3.3 – 4.2 GHz | 3.3 – 4.2 GHz | TDD |
| n78 | 3.3 – 3.8 GHz | 3.3 – 3.8 GHz | TDD |
| n79 | 4.4 – 5.0 GHz | 4.4 – 5.0 GHz | TDD |
| n80 | 1710 – 1785 MHz | N/A | SUL |
| n81 | 880 – 915 MHz | N/A | SUL |
| n82 | 832 – 862 MHz | N/A | SUL |
| n83 | 703 – 748 MHz | N/A | SUL |
| n84 | 1920 – 1980 MHz | N/A | SUL |
| n85 | 2496 – 2690 MHz | N/A | SUL |
| n257 | 26.5 – 29.5 GHz | 26.5 – 29.5 GHz | TDD |
| n258 | 24.25 – 27.5 GHz | 24.25 – 27.5 GHz | TDD |
| n260 | 37 – 40 GHz | 37 – 40 GHz | TDD |
Преимущества и недостатки 3g по сравнению с 2g
Преимущества 3G над 2G:
- Высокая эффективность использования канального ресурса. Рост пропускной способности сети.
- Сокращение мощности абонентских и базовых станций, что уменьшает помехи другим электронным устройствам.
- Простота частотного планирования, поскольку все базовые станции сети используют один и тот же канальный ресурс.
- Упрощение изменения скоростей передачи вверх и вниз для различных абонентов. Поддержка асимметричных видов передачи информации, таких как Интернет.
- Возможность реализации мягкого хэндовера. Сокращение числа обрывов связи из-за хэндовера. Повышение качества связи, особенно при передаче данных, видеосигналов и мультимедиа.
- Применение Rake приемника позволяет выделять и обрабатывать наиболее мощные сигналы при многолучевом распространении.
- Повышение качества передачи телефонии за счет устранения замираний при многолучевом распространении.
- Обеспечение высокой надежности связи факсимиле, Интернет сообщений.
- Простота передачи каналов управления.
- Облегчение реализации новых услуг: прием мультимедиа, высокоскоростных потоков данных, аудио- и видеоклипов.
Недостатки 3G:
- Необходимость синхронизации кодирующих последовательностей в приемниках. Требования к реализации когерентной обработки принятых сигналов.
- Необходимость быстрой регулировки мощности передатчиков мобильной и базовой станций.
- Зависимость дальности связи от скорости передачи и скорости передвижения абонента.
Примечания
- ↑обозначение в телефоне на экране(рядом с палочками связи или над ними)
- ↑Максимально возможная скорость, фактическая скорость в 2, а то и в 10 раз меньше. Нужно учитывать тот факт что есть скорость связи с оператором, скорость интернета у оператора и скорость доступа к конкретному веб-ресурсу. И все они должны дотягивать до нужных значений.
Рынок m2m сегодня
Под рынком M2M в настоящее время понимается преимущественно рынок беспроводных мобильных устройств, оснащённых SIM-картами и предназначенных для передачи телеметрической информации без участия человека.
Согласно оценкам компании Berg Insight, в 2022 г. число беспроводных M2M-подключений в мире превысило 200 млн. Цифра весьма скромная по сравнению с общим количеством подключенных абонентских устройств. Российский рынок беспроводных M2M-подключений насчитывает, по данным МТС, около 6 млн SIM-карт, из которых более 60% установлено на транспортных средствах для контроля их местоположения, учета расхода топлива, реализации услуг «умного страхования» и т. п.
Ключевыми проблемами, сдерживающими продвижение услуг М2М на рынке России, бизнес-потребители считают их высокую стоимость, низкую скорость соединения и нестабильность соединения. Эти факторы в качестве определяющих при принятии решения о подключении к услуге называют соответственно 59, 45 и 20% пользователей услуг М2М (данные J’son & Partners Consulting).
Табл. 1 характеристики аналоговых стандартов сотовой связи
Во времена 1G никто не думал об услугах передачи данных – это были аналоговые системы, задуманные и разработанные исключительно для осуществления голосовых вызовов и некоторых других скромных возможностей. Модемы существовали, однако из-за того, что беспроводная связь более подвержена шумам и искажениям, чем обычная проводная, скорость передачи данных была невероятно низкой. К тому же, стоимость минуты разговора в 80-х была такой высокой, что мобильный телефон мог считаться роскошью.
Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. Этот способ имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.
Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот – применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access – FDMA). С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем – относительно низкая емкость, являющаяся следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов.
В каждой стране была разработана собственная система, несовместимая с остальными с точки зрения оборудования и функционирования. Это привело к тому, что возникла необходимость в создании общей европейской системы подвижной связи с высокой пропускной способностью и зоной покрытия всей европейской территории.
Последнее означало, что одни и те же мобильные телефоны могли использоваться во всех Европейских странах, и что входящие вызовы должны были автоматически направляться в мобильный телефон независимо от местонахождения пользователя (автоматический роуминг).
Таблица
| Поколение(значёк[1]) | Скорость макс.[2] | Стандарты(и прим.) |
|---|---|---|
| 1G | 1,9 кбит/с | AMPS, TACS, NMT(устарел, такие телефоны только в музее) |
| 2G | 9,6-14,4 кбит/с | GSM(самый распространенный для голоса), CDMA, TDMA, PDC |
| 2,5G(G) | 171,2 кбит/c | GPRS |
| 2,75G(E) | 474 кбит/с | EDGE |
| 3G(3G) | 0,5-2 Мбит/с | WCDMA, CDMA2000, UMTS |
| 3,5G(H 3G ) | 3-14 Мбит/с | HSDPA, HSUPA, HSPA |
| 3,75G(H ) | 42,2 Мбит/с | HSPA |
| 4G(L, 4G, LTE) | 100 Мбит/с – 1 Гбит/с | LTE-Advanced, WiMax Release 2 (IEEE 802.16m), WirelessMAN-Advanced |
| 5G(5G) | от 1 Гбит/с | в разработке(ожидается у Мегафона к 2022 году к ЧМ по футболу.) |
Скорость зависит не только от поколения но и от отдаленности от вышки, количества абонентов и настройки оборудования.
Телефон в кармане стал реальностью
Все началось с 1G, но такой символ на индикаторе состояния сети вряд ли кто-то и вспомнит. Стандарт 1G появился в Японии еще в 1979 году: страна в очередной раз подтвердила свой статус одной из самых технологичных и передовых. Сам по себе 1G был предельно спартанским: он позволял только совершать звонки и принимать их.
В 1980-е, когда 1G стал более-менее развиваться, страны и крупные игроки телеком-рынка не пришли к единому мнению по поводу стандарта связи — и практически у каждого государства он был собственным. К примеру, в Японии это был NTT (Nippon Telegraph and Telephone)
, в Великобритании — TACS (Total Access Communications System) и так далее. Отдельно стоит выделить NMT (Nordic Mobile Telephone). Компания появилась в 1981 году и работала сразу в нескольких странах: Дания, Нидерланды, Швейцария и парочка других. Важность NMT заключается в том, что сеть фактически предлагала полноценный роуминг.
При всей своей революционности 1G столкнулся с типичной для новой технологии проблемой: высокой стоимостью. Если в дальнейшем операторы модернизировали и расширяли существующую инфраструктуру, то здесь приходилось строить все с нуля. Со стороны потребителя проблем тоже хватало: мало того, что звонки влетали в приличные суммы, так еще и первые мобильные телефоны стоили неприлично дорого.
Первое поколение сетей сотовой связи было уделом занятых людей: политиков, бизнесменов и так далее. Но когда по телефону решаются вопросы на суммы с большим количеством нулей, требуется и серьезная конфиденциальность, а у 1G с этим были проблемы, разговоры не были защищены. 2G предстояло подтянуть безопасность связи.
Технология сотовой связи: стандарты и поколения – топномер.ру
Когда-то мы и представить не могли, что сможем передавать видео через интернет, а поколения мобильной связи будут меняться с огромной скоростью. Мы и не думали, что поколение 4g — всего лишь ступень дальше. И этот стандарт — далеко не предел.
Но давайте разберемся, с чего все началось и какая технология мобильных сетей будет следующей?
Поколения сотовой связи представляют собой некий набор функционала работы сети в рамках определенных стандартов. Что входит в этот набор? Передача информации, регистрация абонента, роуминг, шифрование, а также набор услуг, предоставляемых абоненту. Каждое поколение мобильных сетей отличается своими стандартами, и с каждым поколением они совершенствуются.
На сегодняшний день — 2021 год — насчитывают уже 6 поколений мобильных сетей — 1G, 2G, 3G, 4G, 5G, 6G.
И хотя на момент написания данной статьи активно используется 4G стандарт мобильной связи, технология 5G уже тестируется в некоторых городах США, Южной Кореи, Швейцарии, Великобритании, Италии, Испании, Германии и Китае.
В России коммерческий запуск сетей 5G запланирован на 2022-2023 годы. В июле 2021 года уже приступили к тестированию стандарта мобильной связи 5G, несмотря на то, что пока не решен вопрос с частотами нового стандарта.
Но не будем забегать вперед. Все началось с простого стандарта сотовой связи — 1G.
Появилась технология первого поколения мобильной связи 1G в 1984 году. Работала она на аналоговом принципе передачи данных и разрабатывалась в основном для голосовых вызовов.
Первое поколение мобильной связи отличалось определенными недостатками:
- Не было шифрования.
- Голосовые вызовы можно было прослушать.
- Низкая емкость сети.
- Высокая стоимость абонентских терминалов.
- При перемещении абонента — замирание сигнала.
Вскоре стало понятно, что данная технология требует совершенствования, так как в ней очень много ограничений.
Сюда стоит отнести технологии мобильных сетей GSM, GPRS, EDGE. Применение этих технологий началось с 90-х годов.
Сначала появился GSM. Данный стандарт стал уже не аналоговым, а цифровым. И это его главное преимущество, ведь он позволяет передавать не просто голос, а SMS сообщения. Звонки стали зашифрованы цифровым шифрованием. Правда, скорость передачи данных была пока невысокой — всего 115,2 Кбит/с.
После GSM разработали новую технологию GPRS. Благодаря ей пользователи смогли передавать данные другому устройству через интернет. Скорость на этом этапе уже — 170 Кбит/с. GPRS позволял отслеживать транспорт по спутнику, получать безопасный доступ сотрудников к корпоративным сетям предприятий, выходить в интернет с мобильного телефона.
EDGE стала следующей ступенью в совершенствовании 2G поколения сотовых сетей. Ее отличие — в способе копирования данных с возможностью передавать больший объем данных. Скорость передачи данных на пике — 474 Кбит/с.
Итак, плюсы технологии 2G более очевидны:
- Шифрование информации при передаче.
- Высокая емкость сети.
- Возможность передачи данных на более высокой скорости.
- Более низкая стоимость абонентских терминалов.
- Лучшая помехоустойчивость.
Со временем все больше людей стали пользоваться мобильными телефонами. И тогда стало ясно, что технология 2G не справляется с возрастающими запросами пользователей.
И в 2001 году Япония представила технологию мобильной связи 3G. Сюда входят CDMA2000, UMTS, HSPA, HSPA .
Данный стандарт мобильной связи оказался революционным для всего мира. Скорость передачи данных выросла с 114 Кбит/с до 2 Мбит/с. Абоненты стали смотреть на телефоне фильмы и делать видеозвонки.
Кроме скорости, 3G порадовала улучшенной защитой от обрывов связи в процессе движения абонента. Как только человек отходит от одной базовой станции, его “подхватывает” другая. Вторая станция передает все больше информации, тогда как первая все меньше. Благодаря этим “подхватам” обрывы стали реже, а вскоре вообще исчезли.
С момента появления стандарта 3G началась эра смартфонов и мобильных приложений.
Плюсы поколения 3G:
- Хорошая устойчивость к помехам.
- Пакетная скоростная передача данных.
- Высокая безопасность сигнала.
- Отсутствие помех при движении абонента.
- Меньшее энергопотребление.
В 2009 году стало ясно, что сети 3G скоро устареют. Трафик от приложений перегрузит их. Тогда мобильные операторы стали трудиться над разработкой 4G поколения, которое должно было решить вопрос со скоростью, увеличив ее в несколько раз, по сравнению с сетями 3G.
В 2005 году появилось новое поколение сотовой связи 4G. К нему относятся стандарты LTE Advanced, LTE Advanced Pro. Эта технология стала отличаться улучшенной скоростью передачи данных. У неподвижных абонентов скорость достигала 1 Гбит/с, а у тех абонентов, кто передвигается при использовании сети, — 300 Мбит/с.
Первые технологии 4G были представлены в США (называлась WiMAX) и Скандинавии (под названием LTE). Победу одержала технология LTE, так как ее основной плюс — преемственность по отношению к 3G.
Благодаря технологии 4G скорость мобильного интернета практически сравнялась со скоростью домашнего широкополосного подключения.
Преимущества 4G поколения:
- Улучшенное качество голосовой связи.
- Высокая скорость передачи данных.
- Хорошая скорость даже при передвижении абонента.
Но и этого уже, похоже, недостаточно, учитывая огромную скорость развития интернет-приложений и устройств, работающих на базе нового поколения.
Пятое поколение мобильной связи действует на основе стандартов 4G. В данный момент этот стандарт еще не запущен в работу. И как было сказано выше, во многих городах мира проводятся исследования и тесты использования технологии 5G.
По замыслу разработчиков, поколение 5G должно обеспечить более высокую пропускную способность, чем стандарты 4G. Это сделает широкополосную мобильную связь более доступной, поможет в развитии телемедицины, беспилотных авто, разработок виртуальной реальности.
Скорость передачи данных стандарта мобильной связи 5G будет достигать 1-2 Гбит/с. Предполагается, что благодаря новой технологии в телефонах будет меньший расход батареи при использовании интернета.
Поскольку стандарт 5G довольно сложный, требуется поддержка Правительства РФ в его разработке и внедрении. И на данный момент разработка технологии 5G ведется при активном участии госкорпорации “Ростех”.
В компании сообщили, что пилотные зоны 5G с российским наполнением могут быть запущены в нашей стране уже в 2023 году. На реализацию проекта выделят около 21,46 млрд рублей из федерального бюджета до 2024 года.
Одна из идей — разместить базовые станции для 5G-сетей на крышах домов. Однако сейчас управляющие компании не спешат предоставлять операторам доступ к общедомовому имуществу для установки оборудования.
К тому же, операторам приходится платить процент за использование крыш, подвалов и другой общедомовой территории. Вскоре эту проблему планируется решить на государственном уровне, что позволит внедрять 5G сети более быстрыми темпами.
Российские ученые завершили исследования о безопасности сотовой связи всех стандартов, в том числе 5G.
Согласно исследованию, уровни электромагнитного поля от базовых станций мобильной связи всех стандартов безопасны. Сюда же относится новая технология 5G.
Однако не все люди с этим согласны. В некоторых городах люди выражают протест против строительства сетей 5G, считая, что они совсем не безопасны.
В мае 2021 года ФАС России одобрило соглашение о совместном строительстве 5G-сетей компаниями “Ростелеком”, “ВымпелКом” и “МегаФон”. Эти операторы должны будут обеспечить равный доступ к 5G всем участникам рынка.
При этом по состоянию на 2021 год, перспективы развития 5G в России туманны. Решение о выделении определенных частот для стандарта 5G еще не принято. Предположительно новый пятый стандарт заработает в нашей стране не ранее 2024 года. А возможно, к 2030 году мы уже увидим шестое поколение мобильной связи? Кто знает…
Но пока 5G в процессе разработки, остается насущным вопрос, какой существующий стандарт мобильной связи лучше?
На данный момент сети 4G обеспечивают самую быструю и качественную связь. У четвертого поколения хорошее покрытие по всей России. Скорость передачи данных составляет 100 Мбит/с — 1 Гбит/с, что не может не радовать многих российских абонентов.
Если вы решите активно использовать стандарт 4G, помните, что он потребляет примерно на 20% больше энергии, чем прошлое поколение 3G.
Так, каждый пользователь должен решить сам, какой стандарт ему использовать — 4G с большей скоростью и энергопотреблением или “старый добрый” 3G.
Требования iot-устройств к сетям связи
Для реализации концепции «Интернета сервисов» необходима унификация всего разнообразия сетей доступа и домашних/локальных сетей на базе стека протоколов IP и переход абонентов от использования проприетарных абонентских устройств, сенсоров и контроллеров к выполненным в идеологии «Интернета вещей» сенсорам и исполнительным устройствам со свободным сетевым доступом к ним.
Для оператора связи основные отличия устройств IoT от умных абонентских устройств состоят в потенциально существенно большем количестве первых, на порядки меньшем объеме трафика в расчете на одно устройство, но при этом в более высоких требованиях к качественным характеристикам.
В число таких характеристик входят: доступность канала, задержка сигнала в канале, уровень информационной безопасности, необходимая мощность излучения (соответственно, длительность автономной работы устройств). Для телеметрических IoT-устройств больший вес имеют качественные (доступность, безопасность), а не количественные (емкость) характеристики канала.
Частоты 2g/3g/4g в россии
На данной картинке изображено распределение частот от 450 до 2700 МГц по операторам с обозначением ARFCN. Распределение 900 и 1800 МГц указано для Московского региона, остальные диапазоны являются федеральными, т.е. одинаковыми для всех регионов. 
Индивидуальное распределение диапазона 900 МГц между операторами по регионам России.
Индивидуальное распределение диапазона 1800 МГц между операторами по регионам России.
| Название стандарта | Частотные диапазоны | Значок на телефоне | Возможные обозначения диапазонов работы в телефонах и программах | Диапазон значений ARFCN, UARFCN или EARFСN |
|---|---|---|---|---|
| GSM-900 (2G) | 900 МГц (Band 8) | E, G, нет значка | GSM900, EGSM900, Band 8 | 0.. 124 |
| GSM-1800 (2G) | 1800 МГц (Band 3) | E, G, нет значка | GSM1800, DCS, DCS1800, Band 3, Band 4 | 512.. 885 |
| UMTS-900 (3G) | 900 МГц (Band 8) | 3G, H, H | UMTS900, Band 8 | 2937.. 2712 |
| UMTS-2100 (3G) | 2100 МГц (Band 1) | 3G, H, H | UMTS2100, WCDMA2100, Band 1 | 10562.. 10838 |
| LTE-800 (4G, LTE) | 800 МГц (Band 20) | 4G, LTE | 800MHz, Band 20 | 6150.. 6449 |
| LTE-1800 (4G, LTE) | 1800 МГц (Band 3) | 4G, LTE | LTE1800, DCS, DCS1800, Band 3, Band 4 | 1200.. 1949 |
| LTE2600 FDD (4G, LTE) | 2600 МГц (Band 7) | 4G, LTE | LTE2600, Band 7 | 2750.. 3449 |
| LTE2600 TDD (4G, LTE) ** | 2600 МГц (Band 38) | 4G, LTE | Band 38 | 37750.. 38249 |
Как выбрать усилитель сотовой связи можно почитать ТУТ.
Измерение уровней сигналов и частот GSM, 3G, 4G с помощью IPhone.
Измерение уровней сигналов и частот GSM, 3G, 4G с помощью Android версии 7.0 и выше.
Заключение
Технологии в наше время не стоят на месте. А в плане развития сотовой связи инновации появляются практически ежегодно. Можно сказать точно, что связь со временем, скорее всего, полностью перейдёт из плоскости наземных телефонных линий в плоскость различных онлайн-сервисов.
Доступ к ним будет обеспечен внедрением широкополосных беспроводных стандартов с улучшенным покрытием. По поводу сравнения 2G, 3G, 4G можно сказать, что самые глобальные их отличия заключаются в скорости передачи данных и набору доступных. Стоит также упомянуть про 5G.